CN106050347B - 曲柄连杆驱动全可变气门系统 - Google Patents

曲柄连杆驱动全可变气门系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种曲柄连杆驱动全可变气门系统,包括气门组件、气门运动控制装置和曲柄连杆机构,气门运动控制装置包括第一、二和三轴,第一轴上设有齿轮,第二轴上设有棘轮,齿轮与棘轮之间设有间歇式传动结构,第三轴上设有传动盘和蜗轮,传动盘的端面上固定有与蜗轮啮合的蜗杆;曲柄连杆机构包括连杆和与蜗轮刚性连接的安装支架,安装支架上固定有导向轴和丝杠,导向轴的轴向与蜗轮的径向重合,导向轴上套装有与丝杠啮合的齿条,齿条与导向轴之间为螺纹配合;齿条上固定有一曲柄销,连杆的一端与曲柄销相连,连杆的另一端与活塞销相连。通过确定齿条在导向轴上的位置改变气门升程,通过蜗轮与传动盘实现差动改变气门正时。

Description

曲柄连杆驱动全可变气门系统
技术领域
[0001] 本发明属于发动机气门装置领域,具体涉及一种曲柄连杆驱动全可变气门系统。
背景技术
[0002] 内燃机是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机,应用非常广泛。然 而随着世界化石能源的日益枯竭以及环境资源的不断恶化,内燃机需要满足更加严格的排 放法规和油耗要求。
[0003] 传统内燃机采用固定型线的凸轮驱动气门,而这不能保证内燃机的排放和油耗在 所有工况点都达到最佳,因此大多数新型内燃机都采用可变气门技术以优化排放,降低油 耗。
[0004] 可变气门技术目前主要分为基于凸轮的可变配气技术及无凸轮配气技术。基于凸 轮的可变配气技术通过一系列的凸轮和齿轮来改变气门运动规律,机构简单,响应速度快, 但是受到凸轮型线的限制,气门只是相对可变。无凸轮配气技术根据驱动方式来分,有电磁 驱动、电气驱动、电机驱动和电液驱动等方式。相对电磁驱动的能耗大、电气驱动的响应速 度低及不稳定、电机驱动的系统复杂等缺点,电液驱动的无凸轮配气技术结构相对简单、响 应速度较快,但是它也有难以克服的缺点,诸如高转速下液压系统流量不够、气门达到最大 升程和落座时速度快、冲击力大,不仅如此,它还必须采用昂贵的电液伺服系统及复杂的控 制系统来精确控制气门行程避免落座冲击,且多缸机上需要多套电磁阀系统,大大增加了 发动机的成本。
[0005] 因此,研宄灵活可变且成本低的适用于发动机的可变气门系统势在必行。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种不需要对发动机结构做重大改变的曲柄连杆驱动全 可变气门系统,由气门组件、曲柄连杆机构、以及控制曲柄连杆机构运动的气门运动控制装 置构成,该系统可方便地实现发动机气门升程可变和气门正时可变。
[0007] 为了解决上述技术问题,本发明提出的一种曲柄连杆驱动全可变气门系统,包括 气门组件、气门运动控制装置和曲柄连杆机构,所述气门组件包括气门、气门推杆、活塞和 活塞导向套,所述活塞上设有活塞销,所述活塞由所述曲柄连杆机构驱动;所述气门运动控 制装置包括第一轴、第二轴和第三轴,所述第一轴由发动机曲轴输出的动力驱动,所述第一 轴与发动机曲轴的传动比为1:2;所述第一轴上设有齿轮,所述第二轴上设有棘轮,所述齿 轮与所述棘轮之间设有间歇式传动结构,所述间歇式传动结构包括齿轮一端面上的扇形 盘,在齿轮端面上位于扇形盘缺口的两侧面之间设有一凸台,所述棘轮包括多个与扇形盘 的回转面间隙配合的圆弧面,相邻的两个圆弧面之间设有与所述凸台配合的矩形槽;所述 齿轮旋转过程中,所述齿轮上的凸台自进入一个矩形槽到退出该矩形槽的过程中,带动所 述第二轴转动;在所述齿轮上的凸台位于矩形槽之外时,所述第二轴不转动;所述第二轴和 所述第三轴之间通过一对齿轮啮合传动;所述第三轴上设有传动盘和蜗轮,所述传动盘与 所述第三轴固连,所述蜗轮与所述第三轴间隙配合;所述传动盘的缅面上固足有与所还鹏 轮啮合的蜗杆;所述曲柄连杆机构包括连杆和与所述蜗轮刚性连接的安装支架,所述安装 支架上固定有导向轴和丝杠,所述导向轴的轴向与所述蜗轮的径向重合,所述导向轴上套 装有一与丝杠啮合的齿条,所述齿条与所述导向轴之间为螺纹配合;所述齿条上固定有一 曲柄销,所述连杆的一端与所述曲柄销相连,所述连杆的另一端与所述活塞销相连。
[0008] 进一步讲,本发明中,所述第二轴和所述第三轴之间齿轮啮合的传动比满足的条 件是:当所述第一轴转动一圈时,所述第二轴转过的角度使所述第三轴转动一圈。
[0009] 所述齿条在导向轴上滑动的行程是气门升程的一半。
[0010] 通过丝杠的转动确定齿条在导向轴上的位置,以控制曲柄连杆机构的曲柄长度, 从而改变气门升程。
[0011] 通过蜗杆的转动,使蜗轮与传动盘实现差动,从而改变气门正时。
[0012] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0013] 本发明的有益效果是:可通过螺纹杆23调整带螺纹齿条I6的位置以改变曲柄连杆 机构的曲柄实际长度,从而实现气门升程可变;可通过蜗杆22调整蜗轮2〇转角以改变曲柄 连杆机构工作对应的发动机曲轴转角,从而实现气门正时可变。与现有技术相比,该曲柄连 杆驱动全可变气门系统工作可靠性高,响应迅速,控制简单。
附图说明
[0014] 图1为本发明曲柄连杆驱动全可变气门系统的结构示意图;
[0015] 图2为图1中传动盘8、蜗轮20和曲柄连杆机构结构及位置关系立体示意图;
[0016]图3为图1中扇形盘和凸台的齿轮与棘轮传动的三维视图。
[0017]其中:
[0018] 1-气门 2-气门推杆 3-活塞导向套 4-活塞销
[0019] 5-活塞 6-连杆 7_第三轴 8-传动盘
[0020] 9-第二齿轮 10第一齿轮 11-棘轮 111-圆弧面
[0021] 112-矩形槽 12-第二轴 13-第一轴 14-齿轮
[0022] 141-扇形盘 142-凸台 15-曲柄销 16-齿条
[0023] 17-导向轴 18-安装支架 19-蜗轮支架 20-蜗轮
[0024] 21-蜗杆定位装置 22-蜗杆 23-丝杠 24-丝杠定位装置
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述,所描述的具体 实施例仅对本发明进行解释说明,并不用以限制本发明。
[0026]如图1所示,本发明提出的一种曲柄连杆驱动全可变气门系统,包括气门组件、气 门运动控制装置和曲柄连杆机构。所述气门组件包括气门1、气门推杆2、活塞5和活塞导向 套3,所述活塞5上设有活塞销4,所述活塞5由所述曲柄连杆机构驱动。
[0027]如图1所示,所述气门运动控制装置包括第一轴13、第二轴12和第三轴7,所述第一 轴13由发动机曲轴输出的动力驱动,所述第一轴I3与发动机曲轴的传动比为1:2,即第一轴 13接受发动机曲轴输出的动力,且发动机工作一个循环(即发动机曲轴转两圈时),第一轴 13转一圈。
[0028] 如图1和图3所示,所述第一轴13上设有齿轮14,所述第二轴12上设有棘轮11,所述 齿轮14与所述棘轮11之间设有间歇式传动结构,所述间歇式传动结构包括齿轮14 一端面上 的扇形盘141,在齿轮14端面上位于扇形盘141缺口的两侧面之间设有一凸台142,所述棘轮 11包括多个与扇形盘141回转面间隙配合的圆弧面111,相邻的两个圆弧面111之间设有与 所述凸台142配合的矩形槽112;所述第一轴13和第二轴12之间通过带有扇形盘141和凸台 142的齿轮14与棘轮11传动。所述齿轮14旋转过程中,所述齿轮14上的凸台142自进入一个 矩形槽112到退出该矩形槽112的过程中,实现传动,从而带动所述第二轴12转动;在所述齿 轮14上的凸台142位于矩形槽112之外时,未实现传动,所述第二轴I2不转动。
[0029] 所述第二轴12和所述第三轴7之间通过一对齿轮(第一齿轮10和第二齿轮9)啮合 传动。
[0030] 如图2所示,所述第三轴7上设有传动盘8和蜗轮20,所述传动盘8与所述第三轴固 连,传动盘8随第三轴7转动;所述蜗轮20通过蜗轮支架19套设在第三轴7上,所述蜗轮20与 所述第三轴间隙配合,不随第三轴7转动;所述传动盘8的端面上固定有与所述蜗轮啮合的 蜗杆22,所述蜗杆22通过蜗杆定位装置21装配在传动盘8上,所述蜗杆22与蜗轮20配合,蜗 杆22带动蜗轮20转动。
[0031] 如图2所示,所述曲柄连杆机构包括连杆6和安装支架18,该安装支架18与蜗轮支 架19刚性连接,即安装支架18与所述蜗轮20刚性连接,所述安装支架1S上固定有导向轴I7 和丝杠23,所述导向轴17的轴向与所述蜗轮20的径向重合,丝杠23通过螺纹杆定位装置24 装配在安装支架18上,并随蜗轮20—起转动,所述导向轴17上套装有一与丝杠23啮合的齿 条16,所述齿条16与所述导向轴17之间为螺纹配合,即带有内螺纹的齿条16通过带有外螺 纹的导向轴17装配在安装支架18上,并与丝杠23配合,所述齿条16可以在导向轴17上滑动, 所述齿条16在导向轴17上滑动的行程是气门升程的一半。所述齿条16上固定有曲柄连杆机 构的曲柄销15,如图1所示,曲柄连杆机构的的连杆6的一端与所述曲柄销15相连,所述连杆 6的另一端与所述活塞销4相连,连杆6用以驱动所述活塞5运动。
[0032] 本发明中,带有扇形盘141和凸台142的齿轮14和棘轮11的传动比及第二齿轮1〇和 第一齿轮9的传动比互为倒数,带有扇形盘141和凸台142的齿轮14和棘轮11的传动效果使 第二轴12和第一轴13按照气门运动规律间歇性转动,带有外螺纹的齿条16在带有内螺纹的 导向轴17上滑动的行程是气门升程的一半。
[0033] 若发动机曲轴以传动比2:1将动力传递给第一轴13,第一轴13转动,然后通过带有 扇形盘141和凸台142的齿轮14传递给棘轮11,进而驱动第二轴12转动,通过装配调整可以 使气门工作过程对应第二轴12的转动角度。
[0034] 第二轴12和第三轴7之间通过第一齿轮10和第二齿轮9传动,第一齿轮10和第二齿 轮9的传动比满足的条件是,当第一轴13转动1圈时,第二轴12转过的角度恰好可以使第三 轴7转1圈。
[0035] 传动盘8随着第三轴7旋转。由于蜗轮蜗杆传动的自锁作用,当传动盘8转动时,通 过蜗杆22传递动力,蜗轮20以第三轴7为轴心旋转,从而带动曲柄销15跟随安装支架18也都 以第三轴7为轴心旋转,由此,连杆6的另一端通过活塞5驱动气门1沿活塞导向套3上下移 动。 LUUJ6J白前要改变气门升程时,给丝杠23驱动力使其旋转,带动带螺纹齿条16在螺纹齿 条导向轴17七滑动,通过丝杠23的转动确定齿条16在导向轴17上的位置,改变曲柄连杆机 构的曲柄实际长度,进而改变气门升程。当需要改变气门正时时,给蜗杆22驱动力使其旋 转,通过蜗杆22的转动,使蜗轮20与传动盘8实现差动,从而改变气门正时。
[0037]尽管上面结合附图对本发明进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施 方式,上述的具体实施^式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本 发明的启示下,在不脱离本发明宗旨的情况下,还可以做出很多变形,这些均属于本发明的 保护之内。

Claims (5)

1. 一种曲柄连杆驱动全可变气门系统,包括气门组件、气门运动控制装置和曲柄连杆 机构,所述气门组件包括气门(1)、气门推杆(2)、活塞(5)和活塞导向套(3),所述活塞(5)上 设有活塞销(4),所述活塞⑸由所述曲柄连杆机构驱动;其特征在于: 所述气门运动控制装置包括第一轴(13)、第二轴(12)和第三轴⑺,所述第一轴(I3)由 发动机曲轴输出的动力驱动,所述第一轴(13)与发动机曲轴的传动比为1:2;所述第一轴 (13)上设有齿轮(14),所述第二轴(12)上设有棘轮(11),所述齿轮(14)与所述棘轮(11)之 间设有间歇式传动结构,所述间歇式传动结构包括齿轮(14) 一端面上的扇形盘(141),在齿 轮(14)端面上位于扇形盘(141)缺口的两侧面之间设有一凸台(14¾,所述棘轮(11)包括多 个与扇形盘(141)的回转面间隙配合的圆弧面(111),相邻的两个圆弧面(111)之间设有与 所述凸台(142)配合的矩形槽(112);所述齿轮(14)旋转过程中,所述齿轮(14)上的凸台 (142)自进入一个矩形槽(112)到退出该矩形槽(112)的过程中,带动所述第二轴(12)转动; 在所述齿轮(14)上的凸台(142)位于矩形槽(112)之外时,所述第二轴(12)不转动;所述第 二轴(12)和所述第三轴⑺之间通过一对齿轮啮合传动;所述第三轴⑺上设有传动盘⑻ 和蜗轮(20),所述传动盘(8)与所述第三轴固连,所述蜗轮(20)与所述第三轴间隙配合;所 述传动盘(8)的端面上固定有与所述蜗轮啮合的蜗杆(22); 所述曲柄连杆机构包括连杆(6)和与所述蜗轮(20)刚性连接的安装支架(18),所述安 装支架(18)上固定有导向轴(17)和丝杠(23),所述导向轴(17)的轴向与所述蜗轮(20)的径 向重合,所述导向轴(17)上套装有一与丝杠(23)啮合的齿条(16),所述齿条(16)与所述导 向轴(17)之间为螺纹配合;所述齿条(16)上固定有一曲柄销(15),所述连杆⑹的一端与所 述曲柄销(15)相连,所述连杆⑹的另一端与所述活塞销⑷相连。
2. 根据权利要求1所述曲柄连杆驱动全可变气门系统,其特征在于:所述第二轴(12)和 所述第三轴(7)之间齿轮啮合的传动比满足的条件是:当所述第一轴(13)转动一圈时,所述 第二轴(12)转过的角度使所述第三轴(7)转动一圈。
3. 根据权利要求1或2所述曲柄连杆驱动全可变气门系统,其特征在于:所述齿条(I6) 在导向轴(17)上滑动的行程是气门升程的一半。
4. 根据权利要求1或2所述曲柄连杆驱动全可变气门系统,其特征在于:通过丝杠(23) 的转动确定齿条(16)在导向轴(17)上的位置,以控制曲柄连杆机构的曲柄长度,从而改变 气门升程。
5. 根据权利要求1或2所述曲柄连杆驱动全可变气门系统,其特征在于:通过蜗杆(22) 的转动,使蜗轮(20)与传动盘实现差动,从而改变气门正时。
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